Выбор флюсов для ДШП при получении титановых слитков
Рассмотрены особенности выбора системы флюсов для получения титановых слитков способом ДШП. Приведены данные экспериментальных плавок ДШП с использованием солевых композиций....
Saved in:
| Date: | 2010 |
|---|---|
| Main Authors: | , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2010
|
| Series: | Современная электрометаллургия |
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/96064 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Выбор флюсов для ДШП при получении титановых слитков / Л.Б. Медовар, В.Я. Саенко, В.А. Рябинин // Современная электрометаллургия. — 2010. — № 1 (98). — С. 8-11. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-96064 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-960642025-02-23T17:45:32Z Выбор флюсов для ДШП при получении титановых слитков Selection of fluxes for ASR in producing titanium ingots Медовар, Л.Б. Саенко, В.Я. Рябинин, В.А. Электрошлаковая технология Рассмотрены особенности выбора системы флюсов для получения титановых слитков способом ДШП. Приведены данные экспериментальных плавок ДШП с использованием солевых композиций. The specifics of selection of flux systems for producing titanium ingots by the ASR method is considered. Data of experimental melts of ASR using salt compositions are given. 2010 Article Выбор флюсов для ДШП при получении титановых слитков / Л.Б. Медовар, В.Я. Саенко, В.А. Рябинин // Современная электрометаллургия. — 2010. — № 1 (98). — С. 8-11. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. 0233-7681 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/96064 669.187.56.001.1 ru Современная электрометаллургия application/pdf Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Электрошлаковая технология Электрошлаковая технология |
| spellingShingle |
Электрошлаковая технология Электрошлаковая технология Медовар, Л.Б. Саенко, В.Я. Рябинин, В.А. Выбор флюсов для ДШП при получении титановых слитков Современная электрометаллургия |
| description |
Рассмотрены особенности выбора системы флюсов для получения титановых слитков способом ДШП. Приведены данные экспериментальных плавок ДШП с использованием солевых композиций. |
| format |
Article |
| author |
Медовар, Л.Б. Саенко, В.Я. Рябинин, В.А. |
| author_facet |
Медовар, Л.Б. Саенко, В.Я. Рябинин, В.А. |
| author_sort |
Медовар, Л.Б. |
| title |
Выбор флюсов для ДШП при получении титановых слитков |
| title_short |
Выбор флюсов для ДШП при получении титановых слитков |
| title_full |
Выбор флюсов для ДШП при получении титановых слитков |
| title_fullStr |
Выбор флюсов для ДШП при получении титановых слитков |
| title_full_unstemmed |
Выбор флюсов для ДШП при получении титановых слитков |
| title_sort |
выбор флюсов для дшп при получении титановых слитков |
| publisher |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| publishDate |
2010 |
| topic_facet |
Электрошлаковая технология |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/96064 |
| citation_txt |
Выбор флюсов для ДШП при получении титановых слитков / Л.Б. Медовар, В.Я. Саенко, В.А. Рябинин // Современная электрометаллургия. — 2010. — № 1 (98). — С. 8-11. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. |
| series |
Современная электрометаллургия |
| work_keys_str_mv |
AT medovarlb vyborflûsovdlâdšppripolučeniititanovyhslitkov AT saenkovâ vyborflûsovdlâdšppripolučeniititanovyhslitkov AT râbininva vyborflûsovdlâdšppripolučeniititanovyhslitkov AT medovarlb selectionoffluxesforasrinproducingtitaniumingots AT saenkovâ selectionoffluxesforasrinproducingtitaniumingots AT râbininva selectionoffluxesforasrinproducingtitaniumingots |
| first_indexed |
2025-11-24T06:01:07Z |
| last_indexed |
2025-11-24T06:01:07Z |
| _version_ |
1849650385647566848 |
| fulltext |
УДК 669.187.56.001.1
ВЫБОР ФЛЮСОВ ДЛЯ ДШП
ПРИ ПОЛУЧЕНИИ ТИТАНОВЫХ СЛИТКОВ
Л. Б. Медовар, В. Я. Саенко, В. А. Рябинин
Рассмотрены особенности выбора системы флюсов для получения титановых слитков способом ДШП. Приведены
данные экспериментальных плавок ДШП с использованием солевых композиций.
The specifics of selection of flux systems for producing titanium ingots by the ASR method is considered. Data of
experimental melts of ASR using salt compositions are given.
Ключ е вы е с л о в а : дугошлаковый переплав; флюсовый
затвор; шлаковый гарнисаж; фториды щелочноземельных ме-
таллов; редкоземельные металлы
В дугошлаковом переплаве (ДШП), разработанном
в ИЭС им. Е. О. Патона еще в 1970-х гг. [1], объеди-
няются возможности обработки жидкого металла
электрической дугой, горящей в контролируемой
газовой атмосфере и в жидком синтетическом шла-
ке, через который проходит ток в процессе переп-
лава расходуемого электрода. При этом слой син-
тетического шлака, покрывающий металлическую
ванну, способствует рассредоточению тепла по ее
сечению и снижению глубины металлической ван-
ны, делает ее более плоской, чем при вакуумно-ду-
говом (ВДП) и электрошлаковом пере-плаве
(ЭШП). Кроме того, благодаря образованию шла-
кового гарнисажа слитки ДШП, в отличие от слит-
ков ВДП, имеют гладкую боковую поверхность, и
механическая обработка перед пос-
ледующим переделом не требуется.
Для реализации способа ДШП
применительно к получению тита-
новых слитков следовало обеспе-
чить изоляцию дуги от контакта с
воздухом и создать в зоне ее горе-
ния контролируемую газовую ат-
мосферу. Необходимо было сни-
зить стоимость титана и его спла-
вов, сделать их вполне конкурен-
тоспособными с нержавеющими ни-
кельсодержащими сталями и спла-
вами [2, 3].
Опробовали две технологичес-
кие схемы (рис. 1): ДШП с приме-
нением флюсового затвора – прос-
тейшего устройства, которое уста-
навливается непосредственно на
верхний торец кристаллизатора;
ДШП в камерной печи.
В последнем случае использова-
ли имеющиеся печи вакуумно-дуго-
вого переплава с отключенной
вакуумной системой, а также спе-
циально спроектированные камер-
ные печи для ДШП, позволяющие
вести процесс в контролируемой га-
зовой атмосфере.
При ДШП электрическая дуга
горит в защитном газе или парах
шлака. Присутствие паров шлака,
© Л. Б. МЕДОВАР, В. Я. САЕНКО, В. А. РЯБИНИН, 2010
Рис. 1. Технологические схемы реализации ДШП в камерной печи с вытяжкой слитка
из короткого кристаллизатора (а) и в обычной печи ЭШП в стационарном кристал-
лизаторе с применением флюсового затвора (б): 1 – инвентарная головка расходу-
емого электрода; 2 – расходуемый электрод; 3 – шлаковая ванна; 4 – слиток; 5 –
водоохлаждемый поддон; 6 – механизм вытяжки слитка из кристаллизатора; 7 – дуга;
8 – футерованная шлаковая надставка; 9 – камера печи; 10 – флюсовый затвор;
11 – водоохлаждемый кристаллизатор
8
в котором имеются химические элементы с низким
потенциалом ионизации, способствует стабили-
зации и устойчивости горения дуги. При ДШП, в
отличие от ВДП, металлическая корона на слитке
отсутствует. Это объясняется тем, что при ДШП
брызги металла (мелкие капли) попадают или в
шлаковую ванну, или в бурт шлака, находящийся
по периметру шлаковой ванны.
Глубина металлической ванны при выплавке
слитков способом ДШП меньше, чем при ЭШП, а
форма ванны более плоская. Это объясняется тем,
что поверхность ванны обогревается более равно-
мерно. Рассредоточению тепла по ванне способству-
ет и перенос капель в ванну несколькими потоками
по всему сечению электрода.
При ДШП поверхность жидкой шлаковой ванны
является одним из электродов. Шлаковая ванна
представляет собой расплав электролита с большим
количеством сложных и простых ионов. Ее темпе-
ратура может достигать 2000 °С. Одни компоненты
шлака при таких температурах испаряются, другие
разлагаются (диссоциируют) на составляющие ио-
ны и таком виде тоже могут участвовать в процессе
переноса тока. Однако вследствие того, что темпе-
ратура дугового разряда значительно выше, чем
шлаковой ванны, процессы испарения, диссоци-
ации и ионизации выражены здесь намного сильнее.
Необходимо отметить, что компоненты, входя-
щие в состав шлаков ДШП, по-разному воздейству-
ют на условия горения дуги. Положительное влия-
ние оказывают щелочные и щелочно-земельные ме-
таллы с низким потенциалом ионизации [4—7]. Они
легко ионизируются, образуя катионы и свободные
электроны, участвующие затем в переносе заряда.
Для смеси из различных газов и паров, присутс-
твующих при ДШП, суммарный потенциал иони-
зации определяется компонентом с наименьшим по-
тенциалом ионизации и зависит от его концентрации.
Так, потенциалы ионизации калия, натрия,
кальция, аргона равны соответственно 4,33; 5,11;
6,10; 15,7 В. Таким образом, химический состав
применяемых флюсов оказывает существенное вли-
яние на электрические характеристики процесса
(устойчивость и стабильность горения дуги, уро-
вень пиков зажигания, наличие пауз в кривой тока,
напряжение холостого хода источника питания и т. д).
Присутствие легкоионизируемых элементов в
шлаке способствует резкому снижению градиента
напряжения в столбе дуги, возрастанию влияния
элементов с низким потенциалом ионизации на эф-
фективный потенциал ионизации газовой смеси.
Последний стремится к потенциалу наиболее лег-
коионизируемого элемента в атмосфере дуги.
При ДШП титана используют в основном шлаки
ЭШП, содержащие CaF2 и ряд галогенидов щелоч-
но- и редкоземельных материалов (табл. 1). Роль флю-
сов при ДШП титана несколько отличается от при-
вычной роли рафинирующего компонента при
ЭШП и ДШП стали и сплавов на основе железа.
Также практически нивелируется роль шлака как
теплоносителя.
Основной зоной выделения энергии является ду-
га. Проведенные исследования, в том числе в за-
водских условиях [4], показали, что по сравнению
с ЭШП, способ ДШП при выплавке слитков из сталей
и сплавов позволяет в 1,5 раза сократить расход элек-
троэнергии, а также почти в 2 раза уменьшить пот-
ребление синтетического флюса на 1 т металла.
Основные функции шлака при ДШП титана, по-
мимо стабилизации дуги, заключаются в формиро-
вании поверхности, образовании корочки гарниса-
жа, защите металла от окружающей атмосферы, об-
разовании защитного конденсата, покрывающего
расходуемый электрод. При соответствующем подборе
флюсовой композиции возможна регенерация шлака.
Для получения однородного по химическому
составу электрошлакового металла предназначены
флюсы, не содержащие оксидов легковосстанови-
мых элементов хрома, марганца, кремния и др. Наи-
большего внимания заслуживают фториды в качес-
тве компонентов флюса. Однако некоторые из них
(фториды лития, калия, натрия) имеют высокую про-
водимость и склонность к образованию комплексных
соединений с титаном, хромом, цирконием и т. д.
Ввиду низкой температуры плавления и кипения
хлоридов щелочноземельных металлов, которая ни-
Т а б л и ц а 1 . Свойства материалов, применяемых для
создания флюсовых композиций при ДШП титана [8]
Компонент
Температура, °С Плотность, г/см
3
, при T, °С
плавления кипения 20 1000
Tпл
1700
Tкип
LiCl 606 1382 — 1,50 1,33
LiF 842 1676 1,80 1,73 —
MgF2 1263 2227 3,14 — 2,19
CaF2 1418 2500 3,20 2,60 2,40
SrCl 868 1950 3,20 2,70 2,65
2,4
SrF2 1486 2477 4,24 — 3,28
BaCl2 958 1560 3,14 3,11 —
BF2 1320 2200 4,91 4,22 3,78
NaF 995 1700 1,963 1,96 —
NaCl 800 1440 — 1,42
1,55
—
YF3 1152 2227 5,07 — —
LaF3 1493 2327 5,94 — 4,43
AlF3 1040 1260 — — —
Na3AlF6 1000 — — 3,036
3,036
—
Ti 1671 3260 4,54 — 4,08
Рис. 2. Область применения флюса на основе соединений ФРЗМ
и CaF2 для процесса ДШП
9
же, чем у аналогичных фторидов, большинство из них
не могут быть взяты за основу флюса при ДШП. Кроме
того, часть из них (например хлористый кальций)
имеет склонность к гидратации [8]. Свойства соеди-
нений, входящих во флюсы, представлены в табл. 1.
Наименее химически активными по отношению
к расплавленному металлу и наиболее простыми по
строению являются солевые шлаки. Они не содер-
жат оксидов, загрязняющих металл неметалличес-
кими включениями и окисляющих его.
Б. И. Медовар совместно с С. М. Гуревичем в
середине 1950-х гг. в впервые в мире предложили
и использовали для сварки высоколегированных
сталей флюсы галоидного типа, не содержащие в
своем составе окислительных соединений [3]. Тем-
пература кипения флюса должна быть достаточно
высокой (не ниже 2000 °С), чтобы шлаки можно
было перегреть выше температуры плавления тита-
на. Основой этих флюсов служил CaF2.
Один из первых сварочных флюсов на основе
СаF2 назван АНФ-1, т. е. измельченный до необ-
ходимого размера зерен и прокаленный при высо-
кой температуре плавиковый шпат. Подобные флю-
сы за рубежом появились и нашли применение лишь
много лет спустя. Практически сразу же фторидные
флюсы получили применение и при ЭШП сталей,
легированных легкоокисляющимися элементами.
Экспериментальные исследования ИЭС им. Е. О. Па-
тона показали, что флюс для ЭШП титана может
быть составлен на основе особо чистых тугоплавких
фторидов щелочноземельних металлов: фтористого
кальция, фтористого стронция и фтористого бария
[5], а также фторидов редкоземельных металлов
(ФРЗМ) на основе LaF4. Фториды щелочноземель-
них металлов характеризуются высокими значениями
температуры плавления (более 1200 °С) и кипения
(свыше 2200 °С). В экспериментальных условиях
при ДШП титана опробованы флюсы, составленные
на основе СаF2: CaF2 – ФРЗМ; CaF2—BaF2—CaCl2;
CaF2—BaF2—CaCl2—SrF2. Они успешно применялись
и для получения титановых слитков ДШП.
Новые возможности для получения бездефектных
титановых слитков способом ДШП открываются в
результате создания нового технологического процес-
са, разработанного на основе использования токопод-
водящего кристаллизатора в сочетании с активными
шлаками, содержащими металлический кальций. Это
позволяет более полно растворять в процессе переп-
лава твердые высокоазотистые включения, если тако-
вые они окажутся в расходуемых электродах.
Однако реализовать данный технологический
процесс, согласно работе [5], мож-
но только в камерной печи с кон-
тролируемой атмосферой и приме-
нением новых флюсовых компози-
ций, поскольку при этом появля-
ются проблемы, связанные с вы-
тяжкой слитка, кроме того, – но-
вые требования к применяемым
флюсам. Новые данные о приме-
нении камерных печей при полу-
чении титановых слитков предс-
тавлены в работах [6, 7].
При использовании ФРЗМ в ка-
честве компонентов флюса требует-
ся точный расчет плотности получа-
емых шлаковых композиций, в про-
тивном случае плотность шлака пре-
высит плотность металла. Номо-
грамма для использования ФРЗМ
и фторида кальция представлена на
рис. 2. Для ее построения исполь-
зовали данные исследований, про-
веденных в ИЭС им. Е. О. Патона
с применением ФРЗМ при изготов-
лении титанового слитка ДШП.
Рис. 3. Флюсовый затвор с устройством для продувки аргоном
Рис. 4. Титановые слитки ДШП из титана ВТ1-0 квадратного сечения 200 200 мм,
выплавленные под флюсами CaF2 (а) и CaF2 + ФРЗМ (б)
10
Способом ДШП получили опытно-промышлен-
ную партию слитков из титана марки ВТ1-0 с при-
менением новых шлаковых композиций. ДШП вы-
полняли в печи Р-951 с использованием стационар-
ных кристаллизаторов квадратного сечения
200 200 мм с флюсовым затвором. Заливку флюса
проводили через сифон. Для защиты плавильной
зоны применяли флюсовый затвор и продувку аргоном
(рис. 3). Слитки после оббивки шлакового гарнисажа
имели хорошую поверхность. Внешний вид выплавленных
слитков ДШП приведен на рис. 4. Результаты химического
анализа полученного металла представлены в табл. 2.
Твердость HB металла ДШП, выплавленного с
применением флюса с добавлением ФРЗМ, выше,
чем такового с использованием чистого CaF2, по-
видимому, из-за легирования титана редкоземель-
ными металлами в результате восстановления их из
шлака в процессе ДШП.
На рис. 5 приведены фрагменты продольных
макрошлифов верхней части слитков ДШП, вы-
плавленных в соответствии с технологическим ре-
жимом плавок № 1 и 2, а также внешний вид конца
расходуемого электрода после окончания плавки.
Плавление электрода характеризуется ярко выра-
женным равномерным каплеобразованием металла
по всему сечению электрода (рис. 6).
В результате проведенной работы показано, что
получение титановых слитков способом ДШП мо-
жет быть реализовано на существующих печах
ЭШП с использованием обычных кристаллизато-
ров ЭШП, оборудованных флюсовыми затворами.
Применение при ДШП титана флюсов с добавками
(до 30 %) ФРЗМ позволяет обеспечить высокое
качество поверхности слитков и плотную, без де-
фектов, макроструктуру.
1. А. с. 520784 СССР, МПК С 21 с 5/56. Способ переплава
расходуемого электрода / Б. Е. Патон, Б. И. Медовар,
В. И. Лакомский и др. – Опубл. 07.07.82, Бюл. № 4.
2. О новых возможностях дугошлакового нагрева / Б . Е. Па-
тон, Г. М. Григоренко, Б. И. Медовар и др. // Пробл.
спец. электрометаллургии. – 1995. – № 4. – С. 3—6.
3. Медовар Б. И., Гуревич С. М. Бескислородные флюсы
для сварки высоколегированных сталей и сплавов // Ав-
томат. сварка. – 1955. – С. 31—41.
4. Дугошлаковый переплав – современное состояние и перс-
пективы развития / Б. Е. Патон, В. Я. Саенко,
Ю. М. Помарин и др. // Пробл. спец. электрометал-
лургии. – 2000. – № 4. – С. 18—20.
5. Перспективы применения металлического кальция и РЗМ
при ЭШП / Л. Б. Медовар, В. Я. Саенко, Ю. М. Пома-
рин, В. И. Ус // Там же. – 2000. – № 4. – С. 18—29.
6. Троянский А. А., Рябцев А. Д. Электрошлаковый пере-
плав металлов и сплавов под флюсами с активными до-
бавками в печах камерного типа // Электрометаллургия.
– 2005. – № 4. – С. 25—32.
7. Троянский А. А., Рябцев А. Д. О работах Донецкого на-
ционального технического университета по электрошлако-
вой выплавке и рафинированию титана // Литейн. про-
из-во. – 2007. – № 1. – С. 11—17.
8. Гуревич С. М., Дидковский В. П., Новиков Ю. К. Полу-
чение слитков и литых заготовок из титановых сплавов
методом электрошлакового переплава // Электрошлако-
вый переплав: Тр. II Всес. совещ. по ЭШП. – М.: Ме-
таллургия, 1964. – С. 184—188.
Ин-т электросварки им. Е. О. Патона НАН Украины, Киев
Поступила 10.02.2010
Т а б л и ц а 2 . Результаты ДШП титана ВТ1-0 в кристаллизаторе квадратного сечения 200 200 мм с флюсовым затвором
№
плавки
Электрический
режим плавки Флюс
[O], % [N], % Твердость, HB
I, кА U, B Низ Середина Верх Низ Середина Верх Низ Середина Верх
1 3,0 98 CaF2 0,097 0,08 0,12 0,021 0,024 0,025 133 135 139
2 2,5 100 CaF2 + ФРЗМ (30 %) 0,099 0,10 0,11 0,030 0,030 0,035 151 152 157
Прим е ч а н и е . Согласно требованию ГОСТ 19807—77 содержание кислорода в ВТ1-0 составляет ≤0,12 %.
Рис. 5. Темплеты слитка ДШП из титана марки ВТ1-0 с применением флюсов
CaF2 (а) и CaF2 + ФРЗМ (30 %) (б)
Рис. 6. Торец расходуемого электрода диаметром 100 мм марки ВТ1-0 после
плавки
11
|